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Keto-polymethines: a versatile class of dyes with outstanding spectroscopic properties for in cellulo and in vivo two-photon microscopy imaging

Authors :
San-Hui Chi
Boudewijn van der Sanden
Olivier Maury
Denis Jacquemin
Chantal Andraud
Joseph W. Perry
Alexei Grichine
Cyrille Monnereau
Alain Duperray
Boris Le Guennic
Jérôme Cuny
Simon Pascal
Florence Appaix
Sandrine Denis-Quanquin
Laboratoire de Chimie - UMR5182 (LC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Grenoble Institut des Neurosciences (GIN)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
LIPHY-DYFCOM
Laboratoire Interdisciplinaire de Physique [Saint Martin d’Hères] (LIPhy)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
INSERM U823, équipe 8 (Immunologie Analytique des Pathologies Chroniques)
Institut d'oncologie/développement Albert Bonniot de Grenoble (INSERM U823)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-CHU Grenoble-EFS-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-CHU Grenoble-EFS-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation (CEISAM)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Modélisation, Agrégats, Dynamique (LCPQ) (MAD)
Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ)
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
School of Chemistry and Biochemistry, and Center for Organic Electronics and Photonics
Georgia Institute of Technology [Atlanta]
D. J. acknowledges the ERC for financial support in the framework of a Starting Grant (Marches – 278845). J. W. P. and S.-H. C. acknowledge the support from the DARPA ZOE Program (W31P4Q-09-1-0012), and the AFOSR MURI (FA9550-10-1-0558).
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-EFS-CHU Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-EFS-CHU Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
DYnamique des Fluides COmplexes et Morphogénèse [Grenoble] (DYFCOM-LIPhy)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Elefantis, Nicolas
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
[GIN] Grenoble Institut des Neurosciences (GIN)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Source :
Chemical Science, Chemical Science, The Royal Society of Chemistry, 2017, 8 (1), pp.381-394. ⟨10.1039/C6SC02488B⟩, Chemical Science, 2017, 8 (1), pp.381-394. ⟨10.1039/C6SC02488B⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; The synthesis of keto-heptamethine derivatives has been expanded to various new symmetrical and asymmetrical structures, including an unprecedented di-anionic keto-polymethine. The spectroscopic behavior of these new dyes has been systematically and thoroughly investigated, revealing that the formation of hydrogen bond interactions with protic solvents is responsible for a dramatic enhancement of the fluorescence quantum yield in the far-red spectral region. The existence of these strong hydrogen-bond interactions was further confirmed by molecular dynamics simulations. These bis-dipolar polymethines exhibit large two-photon absorption (TPA) cross-sections (σ2 in GM) in the near-infrared, making them ideal candidates for NIR-to-NIR two-photon microscopy imaging applications. We demonstrate that the molecular engineering of the hydrophilic/hydrophobic balance enables targeting of different cellular components, such as cytoplasm or cell membranes. Addition of appropriate substituents provides the molecule with high-water-solubility, affording efficient two-photon probes for angiography.

Details

Language :
English
ISSN :
20416520 and 20416539
Database :
OpenAIRE
Journal :
Chemical Science, Chemical Science, The Royal Society of Chemistry, 2017, 8 (1), pp.381-394. ⟨10.1039/C6SC02488B⟩, Chemical Science, 2017, 8 (1), pp.381-394. ⟨10.1039/C6SC02488B⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d9a1faf24beff6c00bb650e314f347e6
Full Text :
https://doi.org/10.1039/C6SC02488B⟩